牛頓第二定律教案

4.3牛頓第二定律〖教材分析〗本節(jié)內(nèi)容是在第二節(jié)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果的基礎(chǔ)上分析得出牛頓第二定律，具體、定量的解決了加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系。得出了牛頓第二定律及其數(shù)學(xué)表達(dá)式，確立了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，使前三章構(gòu)成一個(gè)整體。同時(shí)本節(jié)教材突出了力的單位1N的物理意義，為下一節(jié)力學(xué)單位制的內(nèi)容做準(zhǔn)備，因此本節(jié)內(nèi)容有著承上啟下的作用。同時(shí)牛頓第二定律作為動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，是學(xué)習(xí)以及解決后面動(dòng)力學(xué)問題的基礎(chǔ)，因此本節(jié)內(nèi)容也是本章乃至整個(gè)高中階段的重點(diǎn)。〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念：理解并掌握牛頓第二定律的文字內(nèi)容和數(shù)學(xué)公式?？茖W(xué)思維：通過對上節(jié)課實(shí)驗(yàn)結(jié)論的總結(jié)，歸納得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)出牛頓第二定律，體會大師的做法與勇氣?？茖W(xué)探究：培養(yǎng)學(xué)生的概括能力和分析推理能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過牛頓第二定律的應(yīng)用能深切感受到科學(xué)源于生活并服務(wù)于生活，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣?！冀虒W(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)〗重點(diǎn)：牛頓第二定律的正確理解和簡單運(yùn)用。難點(diǎn)：牛頓第二定律的實(shí)際應(yīng)用、理解是連接其運(yùn)動(dòng)和力之間的橋梁〖教學(xué)方法〗小組合作學(xué)習(xí)為主，并輔以講授法、演示法、問題法、歸納法等〖教學(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、課前導(dǎo)學(xué)案、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、教具準(zhǔn)備、引入視頻拍攝?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入通過引導(dǎo)學(xué)生回憶生活中常見的坐公交車的情景作為引入，引導(dǎo)學(xué)生提出當(dāng)汽車加速或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)會出現(xiàn)站不穩(wěn)的情況，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生思考：如何利用身邊現(xiàn)有的器材：一支筆、一根細(xì)線、一把刻度尺測量公交車的加速度？二、新課教學(xué)（一）牛頓第二定律的表達(dá)式組織學(xué)生展示上節(jié)課通過的實(shí)驗(yàn)探究得出的圖像，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，小車的加速度a與它所受的作用力F成正比，與它的質(zhì)量m成反比問題：對于任何物體都是這樣的嗎？如果我們多做幾次類似的實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)的點(diǎn)都可以擬合成直線，而這些直線與坐標(biāo)軸的交點(diǎn)又都十分接近原點(diǎn)，那么，實(shí)際規(guī)律很可能就是這樣的。舍棄一些點(diǎn)，這樣也可以得到比較準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)圖像。經(jīng)過長期的觀察和歸納，牛頓總結(jié)出了第二定律：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。公式：或者F=kmak是一個(gè)比例系數(shù)，沒有單位。（二）力的單位師：表達(dá)式中，k是一個(gè)比例系數(shù)，它的具體數(shù)值取決于F的單位是如何規(guī)定的。思考與討論：在初中，我們已經(jīng)知道生活中1N大約就是兩個(gè)雞蛋的重力，那么在物理學(xué)中1N的大小究竟是如何規(guī)定的呢？F=kma，由于k是一個(gè)比例系數(shù)，沒有單位。所以力F的單位取決于質(zhì)量m和加速度a。當(dāng)k=1時(shí)，質(zhì)量為1kg的物體在某力的作用下獲得1m／s2的加速度，我們把這個(gè)力F＝ma=kg·m/s2，叫作“一個(gè)單位”的力，后人為了幾年牛頓，把它稱作“牛頓”，用符號N表示，即1N=1kg·m／s2．可見，如果各量都采用國際單位，那么牛頓第二定律就可以簡化為：F指的是物體所受的合力F合＝mam為物體的質(zhì)量a是物體的加速度，注意方向（三）牛二定律的理解①因果性：師：由于F=ma,所以物體先有了加速度，才有了力，這種說法對嗎？生：不對。是先有了力，物體才獲得了加速度。師：沒錯(cuò)，我們已經(jīng)知道了力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變就意味著一定有加速度，因此我們可以知道力是產(chǎn)生加速度的原因。②瞬時(shí)性:【演示實(shí)驗(yàn)1】利用傳感器顯示a與F實(shí)時(shí)對應(yīng)關(guān)系師：利用加速度傳感器與力傳感器，將物體在加速運(yùn)動(dòng)過程中的加速度與受到的力隨時(shí)間變化的情況實(shí)時(shí)顯示在電腦屏幕中。從圖像中可以看出，a與F每時(shí)每刻的變化趨勢都是怎樣的？說明了a與F有著怎樣的關(guān)系？生：觀看視頻，并觀察現(xiàn)象生：a與F每時(shí)每刻的變化趨勢都是相同的，說明了a與F總是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失，有瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系。③同向性：【學(xué)生活動(dòng)1】利用磁鐵控制靜止小球的運(yùn)動(dòng)方向師：請同學(xué)們利用桌面上已有的實(shí)驗(yàn)器材動(dòng)手操作，當(dāng)我們需要小鐵球獲得某些特定方向的加速度時(shí)，磁鐵應(yīng)如何擺放師：從操作過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)小鐵球獲得的加速度方向與磁鐵放置的方向有什么關(guān)系？這是否能說明物體的加速度方向與受力方向存在一定的關(guān)系？生：磁體擺放的方向應(yīng)沿著物體加速度的所在的直線，這說明了加速度的方向與合力的方向相同。師：非常好！同時(shí)，我們還可以從理論上來理解，在公式中只有力和加速度才是矢量，而質(zhì)量是標(biāo)量。等式要成立，不僅要左右兩邊大小相等，還需要使兩邊矢量的方向相同，因此加速度的方向一定與力的方向相同?、塥?dú)立性師生共同分析情景，并回答其中的問題，從中總結(jié)出牛頓第二定律的獨(dú)立作用性。并強(qiáng)調(diào)當(dāng)若要利用公式求解物體的實(shí)際加速度，那么就應(yīng)該對應(yīng)使用物體受到的合力來計(jì)算。在光滑水平面有一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體，如圖為該物體的俯視圖，回答下列問題：(1)只有向東的F1=6N作用時(shí)，加速度的大小與方向？(2)只有向南的F2=6N作用時(shí)，加速度的大小與方向？(3)F1,F2同時(shí)作用時(shí)，合力大小與方向？加速度大小與方向？⑤同一性：公式中，三個(gè)物理量都是對應(yīng)同一物體的?。ㄋ模┡６傻倪\(yùn)用師：通過以上的學(xué)習(xí)，相信同學(xué)們已經(jīng)理解了牛頓第二定律拉，那么接下來我們就來在實(shí)踐中應(yīng)用一下例題1：在平直路面上，質(zhì)量為1000kg的汽車正在進(jìn)行研發(fā)的測試。已知汽車起步時(shí)加速度可達(dá)1.5m/s2，試車過程中汽車受到的阻力為450N，則汽車起步時(shí)牽引力是多少？假定試車過程中汽車受到的阻力不變。（學(xué)生獨(dú)立完成，老師組織學(xué)生展示成果，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)解題步驟）師：我們一起來總結(jié)一下，利用牛頓第二定律解題的一般步驟：我們按解題步驟再來看一道題，但這道題有點(diǎn)難度，就讓我們一起來完成吧！例題2：某同學(xué)在列車車廂的頂部用細(xì)線懸掛一個(gè)小球，在列車以某一加速度漸漸啟動(dòng)的過程中，細(xì)線就會偏過一定角度并相對車廂保持靜止，通過測定偏角的大小就能確定列車的加速度。在某次測定中，懸線與豎直方向的夾角為θ，求列車的加速度。【知識遷移】同學(xué)們，學(xué)習(xí)了本節(jié)課，你知道怎么利用簡單的實(shí)驗(yàn)器材，測量公交車剎車時(shí)的加速度了么？師：展示公交車剎車時(shí)拍攝的圖片，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合例題2，思考可以測量哪些